山洪災(zāi)害預(yù)警研究

聶池祥，秦文安 ，王 莉

(恩施州水文水資源勘測局，湖北 恩施 445000)

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山洪災(zāi)害預(yù)警研究

聶池祥，秦文安 ，王 莉

(恩施州水文水資源勘測局，湖北 恩施 445000)

以恩施市區(qū)松樹坪村道堰灣“20160712” 山洪災(zāi)害為例.通過暴雨、洪水設(shè)計計算進行山洪災(zāi)害成因評價，對暴雨、洪水特性分析研究，為山洪災(zāi)害預(yù)警、防治提供科學依據(jù).

暴雨；洪水設(shè)計；山洪災(zāi)害成因評價；暴雨

表1 7月11日22時至12日4時各站點雨量統(tǒng)計表

1 基本概況

道堰灣位于恩施市六角亭辦事處松樹坪村3組，系清江二級支流高井河源頭[1].高井河發(fā)源于恩施市里灣溝，河口位于恩施市城區(qū)南門，流域河長3.8 km，集水面積7.11 km2，河道坡度32.0‰.虎民公路涵洞以上為道堰灣流域，集水面積3.0 km2(含虎民公路沿線排水區(qū)域)，河長2.8 km，河流坡降6.58‰.境內(nèi)溪河屬山溪性河流，洪水均由暴雨形成，洪水陡漲陡落，水位變幅大.

2016年7月11日22時至12日4時，恩施市六角亭街道辦事處松樹坪村道堰灣遭遇短時強降水襲擊，降雨集中、強度大，造成虎民公路松樹坪村道堰灣段過水箱涵垮塌受堵，導致38戶123人被困及該村道堰灣組周邊多戶民房積水，400多名居民的正常生產(chǎn)生活受到影響.

2 暴雨分析

道堰灣為小流域，流域內(nèi)無雨量站，流域鄰近雨量觀測站點有恩施氣象站、恩施水文站、大龍?zhí)端畮煺尽⑷A家臺水文站、高拱橋水文站等5處雨量觀測站.選擇流域內(nèi)最鄰近(距流域中心距1.5 km)的恩施氣象站實測降雨量資料作為道堰灣區(qū)域降雨量合理.11日22時至12日4時最大1、3、6 h降水量分別為54.1、90.5、97.6 mm.11日22時至12日4時各站點雨量統(tǒng)計見表1.通過表1分析本次可見降雨時空分布不均勻，屬典型“坨子雨”.

3 洪水分析

該流域缺乏實測洪水資料和暴雨資料，本次設(shè)計洪水采用通用的湖北省水利勘測設(shè)計院編制的《湖北省暴雨徑流查算圖表》、湖北省水文局編制的《湖北省暴雨統(tǒng)計參數(shù)圖集》作為設(shè)計洪水的計算依據(jù).采用暴雨途徑瞬時單位線法計算設(shè)計洪水[2-3].

表4 3小時雨型分布表 Δt=0.5 h

表5 設(shè)計凈雨成果表 Δt=0.5 h

3.1 暴雨途徑推求設(shè)計洪水

1)設(shè)計暴雨[4].設(shè)計暴雨采用2008年湖北省水文水資源局出版的《湖北省暴雨統(tǒng)計參數(shù)圖集》查算皮爾遜Ⅲ型曲線[5]統(tǒng)計參數(shù)Cv、Cv/Cs，計算設(shè)計暴雨，設(shè)計暴雨成果見表2.

根據(jù)查算的點面系數(shù)at，Ht面=at·Ht點.計算設(shè)計面雨量成果見表3.

表2 設(shè)計暴雨成果表

Tab.2 Design rainstorm result table

時段均值CvCv/Cs設(shè)計暴雨/mm1%2%3.33%5%10%20%1h420.453.5106.194.586.279.067.154.83h62.40.453.5157.6140.5128.6117.499.781.56h800.453.5202.0180.1164.1150.6127.9104.524h1150.453.5290.4258.0235.9216.0183.8150.0

表3 設(shè)計面雨成果表

Tab.3 Design surface rain results table

時段設(shè)計暴雨/mm1%2%3.33%5%10%20%1h105.493.985.678.566.654.43h156.5139.5127.1116.698.980.86h200.9179.1163.2149.8127.2103.924h289.2256.9234.9215.1183.0149.4

2)設(shè)計凈雨及雨型[4].道堰灣流域面積小于20 km2，凈雨歷時tc選取3 h，凈雨時段Δt=0.5 h，設(shè)計雨型選用《湖北省暴雨徑流查算圖表》中地區(qū)綜合概化雨型，3小時雨型分布見表4.

各歷時凈雨量計算式為Ii=Ri-fcΔt.設(shè)計凈雨成果見表5.

3)匯流計算.匯流采用瞬時單位線法推求設(shè)計斷面洪峰流量.

①匯流參數(shù)[4].本區(qū)域?qū)俸笔〉谑姆謪^(qū)，按十水文分區(qū)綜合匯流參數(shù)計算設(shè)計洪水.第十水文分區(qū)匯流參數(shù)m1和n值按下列公式計算：m1=0.8F0.3L0.1J-0.06，n=0.69F0.224J0.092，式中:F表示集水面積，km2；L表示匯水長，km；J表示匯水平均比降，‰.

由于本區(qū)域?qū)賻r溶地質(zhì)發(fā)育地區(qū)，不計算天坑率，也不對匯流參數(shù)m1作非線性改正.

計算結(jié)果：m1=1.1，n=1.05，k=m1/n=1.05.

②地面徑流計算[4].由所求匯流參數(shù)n、k，按瞬時單位線法計算無因次單位線并轉(zhuǎn)換為時段單位線乘以相應(yīng)的設(shè)計凈雨過程，推求地面徑流過程.

③地下徑流計算[4].地下徑流由下列經(jīng)驗公式計算：

其中:β表示退水指數(shù)，β=0.133F-0.28；T表示地面徑流過程線底寬，T=tc+D-Δt;D表示時段單位線底寬；tc 表示凈雨歷時；fc表示穩(wěn)滲強度.

4)瞬時單位線法計算洪水成果[4].瞬時單位線法計算洪水成果見表6.

3.2 “20160712”實測洪水計算[6]

3.2.1 計算方法.產(chǎn)流計算移用鄰近流域降雨徑流相關(guān)系[7]，現(xiàn)有恩施水文站降雨徑流關(guān)系[8]與帶水河降雨徑流關(guān)系，以流域面積相近原則，選用帶水河降雨徑流關(guān)系.

3.2.2 產(chǎn)流計算.土壤前期含水量參照鄰近流域恩施水文站7月以來的連續(xù)計算值，道堰灣7月11日22時土壤前期含水量[6]為42.0mm.查算移用龍鳳壩降雨徑流相關(guān)圖[6]，得本次降雨過程時段徑流深見表7.

表6 瞬時單位線法計算設(shè)計洪水成果表 單位m3/s

表7 11日22時至12日4時各時段徑流深成果表

表8 “20160712”洪水過程成果表

3.2.3 匯流計算.按第十水文分區(qū)綜合匯流參數(shù)，采用瞬時單位線法，計算出“20160712”洪水過程如表8.

3.3 成果合理性分析[9]

“20160712”暴雨洪水，致上游滯洪庫容最高水位為427.15 m，相應(yīng)庫容為20.72 m3(前期庫底淤積按0.5萬m3計，相應(yīng)容積2.53萬m3,未淤積前23.25萬m3)，堵塞時間為11日23:30，垮塌前流出水總量為1.19萬m3，設(shè)計計算本次產(chǎn)流總量為21.91萬m3，實測計算值21.31萬m3僅相差0.6萬m3，相對誤差2.8%.場次降水徑流系數(shù)為0.69，計算成果合理.

4 結(jié)論

1)采用恩施氣象站觀測的降雨量最大1小時降雨量為54.1 mm，相當于5年一遇暴雨，最大3小時降雨量為90.5 mm，相當于8年一遇暴雨.9小時降水97.6 mm，雨量達到了70≤R12<140大暴雨的國家標準(防汛部門)，降水強度超過超過了大暴雨[9]的國家標準(防汛部門).

2)道堰灣“20160712”洪水最大洪峰流量為22.4 m3/s，場次洪水總量為21.32萬m3，為近5年一遇洪水屬中洪水[10].

3)通過上述分析，山洪災(zāi)害主要是雨量大強度高降水造成.對強度大于1小時降水50 mm，雨量高于的大暴雨,易產(chǎn)生山洪災(zāi)害.也印證了恩施地區(qū)山洪預(yù)警標準[11].特別是有施工破土的區(qū)域要根據(jù)天氣預(yù)報特別防范.

[1] 許永輝，江潮，霍建國，等.湖北河流集[Z].湖北省水文局，1998.

[2] 梁忠民，鐘平安，華家鵬.水文水利計算[M].2版.中國水利電力出版社,2008:74-105.

[3] 李浩.山洪災(zāi)害調(diào)查評價數(shù)據(jù)審核匯集系統(tǒng)設(shè)計[J].內(nèi)蒙古民族大學學報(自然科學版)，2006，31(3)：213-215.

[4] 王永明，吳天文，趙孟堅,等.湖北省暴雨徑流查處圖[Z].湖北省水利勘測設(shè)計研究，1985:10-20.

[5] 曹之樺.水文統(tǒng)計學[M].北京：水利電力出版社,1985:66-76.

[6] 林傳真，周忠遠.水文測驗與查勘[M].鄭州:河海大學出版社,1987.

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[8] 秦文安，李慶平.恩施水文站洪水預(yù)報方案[Z].2013.

[9] 李煒.水力計算手冊[M].北京:中國水利出版社,2006.

[10] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢總局，中國國家標準化管理委員會.水文情報預(yù)報規(guī)范[S].北京：中國標準出版社，2009.

[11] 全國山洪災(zāi)害防治項目組.山洪災(zāi)害調(diào)查技術(shù)要求[Z].2014.

責任編輯：時 凌

Research on Early Warning of Torrential Flood Disaster

NIE Chixiang,QIN Wenan,WANG Li

(Hydrographic and Water Resources Survey Burean of Enshi Autonomous Prefecture,Enshi 445000,China)

Taking as an example the flood disaster that happened in Songshuping Village in the urban area of Enshi City on July 12,2016,we evaluated the cause of the torrential flood disaster through rainstorm and flood design calculation,and analyzed the characteristics of rainstorm and flood,which provides scientific basis for early warning and prevention of torrential.

heavy rain；flood design;evaluation flood disaster cause;rainstorm

2016-07-26.

聶池祥(1965- ),男(土家族)，工程師，主要從事水文水資源監(jiān)測的研究.

1008-8423(2016)03-0358-03

10.13501/j.cnki.42-1569/n.2016.09.029

TP311

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